[发明专利]一种碘掺杂衍生多孔碳复合材料及制备方法

说明书

本发明涉及了一种碘掺杂衍生多孔碳（ZPC/I₂）复合材料及其制备方法，属于电池电极材料制备技术领域。一种ZPC/I₂复合材料，在制备过程中引入沸石咪唑酯骨架‑8（ZIF‑8）衍生多孔碳材料，该多孔碳材料具有丰富的多孔结构和高导电性骨架，能够提供有效的碘负载并允许电子的快速传输。此外，碳骨架中N、Zn和ZnO的存在可以与碘形成化学连接，以减轻穿梭效应。本发明还提供ZPC/I₂复合材料的制备方法及其用途，用于电池的电极材料。ZPC/I₂复合材料的制备方法简单、成本低，有利于规模化工业生产。ZPC/I₂复合材料，具有优异的倍率性能和长循环稳定性，适合用作电池电极材料。

技术领域

本发明涉及了一种碘掺杂衍生多孔碳复合材料及其制备方法，属于电池电极材料制备技术领域。

背景技术

目前，能源危机和环境问题日趋严重，可再生能源的开发以及能源存储系统的完善受到了广泛关注。碘作为电池正极材料具有高比容量，较高的反应电位以及快速动力学响应，这些特点使得金属-碘电池体系脱颖而出。然而，碘的导电性差、热稳定性差以及碘物质（I₂、I^-和I₃^-）的穿梭效应仍然是其实际应用的障碍。碘物质可以通过隔膜扩散，并通过穿梭效应在锌金属阳极表面生成低导电性的ZnI₂，导致活性碘的损失、低库仑效率和正极的循环性能衰减。

因此，本发明提出ZIF-8衍生多孔碳材料作为Zn-I₂电池的有效正极基体。该多孔碳材料具有丰富的多孔结构和高导电性骨架，能够提供有效的碘负载并允许电子的快速传输。经过高温煅烧后得到ZPC，ZPC的微孔结构有利于碘物质的物理捕获，而且还可以改善电解质的离子扩散和渗透。ZPC中的N、Zn和ZnO可以提供丰富的活性位点与碘物质产生化学相互作用，以限制穿梭效应并提高电导率，从而提高ZPC/I₂复合材料的电化学性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种ZPC/I₂复合材料及其制备方法，目的在于克服碘作为电池正极材料存在的导电性差、热稳定性差以及碘物质（I₂、I^-和I₃^-）具有穿梭效应的缺点。本发明提供一种ZIF-8衍生多孔碳材料，多孔碳的导电性良好，比表面积大，有利于对碘物质的物理捕获,使碘单质在ZPC内均匀分布。同时可以有效地提供电子/离子传导的路径，提高ZPC/I₂复合材料的电化学性能。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种碘掺杂衍生多孔碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)首先将Zn(NO₃)₂•6H₂O和2-甲基咪唑分别溶于甲醇中，剧烈搅拌15分钟，形成溶液；再将两种溶液混合，在室温下搅拌1小时后静置12小时；将静置后的溶液离心、水洗、离心，重复操作2-3次，然后在60℃下干燥12小时，得到白色ZIF-8晶体；

(2)将合成的ZIF-8产物，置于N₂气氛中，煅烧温度为800~900℃，升温速率为5℃/min，煅烧4~6小时后，制备得到ZPC；然后用1MHCl水溶液和去离子水洗涤ZPC粉末以去除Zn和ZnO，得到ZPC_DZ；

(3)将纯碘分散在有机溶剂中，再将ZPC加入溶液中，控制碘和ZPC的重量比为1:1~2；接下来，将产物在40℃下干燥挥发除去乙醇，然后在Ar气氛中130℃下加热；最后在空气中100℃下加热3小时除去过量的碘，得到ZPC/I₂复合材料；为了比较，在制备方法一样的情况下，用ZPC_DZ取代ZPC制备得到ZPC_DZ/I₂。